CN101787418A - 一种金属材料连续化成型在线防氧化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属材料连续化成型在线防氧化方法及其装置，所述方法是用挤压成型设备将待加工金属材料连续加工成型材，使型材从挤压成型设备成型出口端出来后直接进入一个内部充满惰性气体无氧的管状腔体中进行冷却退火。所述装置，包括挤压成型设备的成型出口端和管状腔体，所述腔体的前端连接在该成型出口端，腔体的后端封闭但设有允许型材通过的出料孔，腔体上设有带阀门的进气管。由于本发明采用可以充满惰性气体的腔体，使得型材的退火或者加热退火可以在惰性气体保护下的无氧状态进行，因此可以避免型材的氧化和气泡现象的产生，从而解决金属材料连续成型后因氧化出现退火起泡的技术难题。

Description

一种金属材料连续化成型在线防氧化方法及其装置

技术领域

本发明专利属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种金属材料连续化成型在线防氧化方法及其装置。

背景技术

有色金属材料如铜排、铜带、铜母线芯，电磁线圆线、扁线等，都是采用连续化生产方式生产的。该生产工艺的成型设备包括两种：一种是挤压成型设备；另一种是硬拉(拉丝)成型设备。

挤压工艺虽然生产设备先进，自动化控制程度高，生产效率高、产品品质稳定，生产的产品在其某个标准段内的物理性能(机械强度)可不需再进行加热退火工艺处理。但是由于其挤压设备本身的性能设计缺陷，在使其坯料在挤压摩擦过程中的温度升致500度左右(设备功能最高温度)，而使其坯料成为软状体时(但又不可能达到其材料的熔点)，此时、坯料在挤压剥削形变重复复合成型的过程中与空气接触，导致其产品材料中的氧分子增多(材料含氧量增加)，从而致使其材料产品在进行加热退火时体内氧分子遇热后发生膨胀，而出现加热退火时表层起泡(表层产生气泡)的现象，导致产品不符合要求而被剪切掉。产品的柔软度(物理性能)被限制在一个小范围标准段以内，不能满足不同的使用要求。所加工产品的主要缺点是机械性能单一，工艺材料损耗大、废料多，产品加热退火表层起泡。

硬拉(拉丝)工艺的特点是损耗小，采用真空无氧退火不易起泡，但生产工序、流程时间长，特别是其真空加热退火工序必须单独进行。在真空加热退火工序中，须将拉制好的型材成卷置入密封罐中抽成真空，再放入立式或卧式电炉中加热，之后将密封罐放入水池中冷却退火。由于退火是在真空中进行，因此可防止型材氧化。硬拉(拉丝)工艺产品的缺点是质量控制难度大，品质稳定性差，生产工艺相对落后，生产效率低，人力资源能耗高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料连续化成型在线防氧化方法及其装置，以解决现有生产工艺中金属材料氧化的问题，提高产品质量，节省材料，降低成本。

实现本发明的目采用的技术方案是：

本发明的金属材料连续化成型在线防氧化方法，是用挤压成型设备将待加工金属材料连续加工成型材，使型材从挤压成型设备成型出口端出来后直接进入一个内部充满惰性气体无氧的管状腔体中进行冷却退火。

所述腔体中的惰性气体是由外部气源连续供给，并保持正压。

上述方法适用于挤压成型设备，由于所述腔体内充满惰性气体，可以使从挤压成型设备成型出口端出来的型材与空气隔离，在惰性气体保护下的无氧环境中进行冷却退火，避免了型材的氧化和气泡现象的产生。

本发明的金属材料连续化成型在线防氧化方法的另一种技术方案是，用硬拉(拉丝)成型设备将待加工金属材料连续加工成型材，再使型材进入一个内部充满惰性气体并设有电磁感应加热装置的管状腔体中进行感应加热和冷却退火。

所述腔体中的惰性气体是由外部气源连续供给，并保持正压。

上述方法适用于硬拉(拉丝)成型设备，由于所述腔体内充满惰性气体并设有电磁感应加热装置，可以使型材在与空气隔离的状态下进行加热，并在惰性气体保护下的无氧环境中进行冷却退火，避免了型材的氧化和气泡现象的产生。

本发明方法采用的装置，分为挤压成型设备和硬拉(拉丝)成型设备两种类型。

一、对于挤压成型设备：

本发明装置包括挤压成型设备的成型出口端和管状腔体，所述腔体的前端连接在该成型出口端，腔体的后端封闭但设有允许型材通过的出料孔，腔体上设有带阀门的进气管。

加工型材时，先打开阀门向腔体内通入惰性气体，将腔体内的空气排出，从挤压成型设备成型出口端出来的型材直接进入和通过腔体，在无氧环境下进行退火冷却。

本装置的另一种结构是，包括挤压成型设备的成型出口端和管状腔体，所述腔体的前端连接在该成型出口端，还包括一冷却水槽，所述腔体的后端部分置于一冷却水槽内，腔体的后端为敞口，腔体上设有带阀门的进气管。可以使型材从惰性气体的环境中直接进入水中，得到更好的冷却。

所述腔体内设有电磁感应加热装置，在型材经过腔体时可根据需要进行二次加热，再退火冷却。

所述腔体采用弯头或直管，腔体内或冷却水槽内设有型材的导向轮，有利于型材的输送。

所述腔体后端的出料孔处设有上下软性材料的夹板，该夹板用以保护型材避免被出料口刮伤和增加对出料口的密封。

二、对于硬拉(拉丝)成型设备：

本发明装置包括设在硬拉(拉丝)成型设备后面的管状腔体，该腔体的前端和后端均封闭但分别设有允许型材通过的进料孔和出料孔，腔体上设有带阀门的进气管，腔体内设有电磁感应加热装置。

加工型材时，先打开阀门向腔体内通入惰性气体，将腔体内的空气排出，来自硬拉(拉丝)成型设备的型材进入和通过腔体，在无氧环境下进行感应加热和退火冷却。

所述进料孔和出料孔处均设有上下软性材料的夹板，该夹板用以保护型材避免被出料口刮伤和增加对出料口的密封。

本装置的另一种结构是，包括设在硬拉(拉丝)成型设备后面的管状腔体，该腔体的前端封闭但设有允许型材通过的进料孔，还包括一冷却水槽，所述腔体的后端部分置于一冷却水槽内，后端为敞口，腔体上设有带阀门的进气管，腔体内设有电磁感应加热装置。可以使型材从惰性气体的环境中进行感应加热后直接进入水中，得到更好的冷却。

所述腔体内或冷却水槽内设有型材的导向轮，有利于型材的输送。

所述进料孔处设有上下软性材料的夹板。

所述腔体还可以在其外部设置封闭外套而构成夹套结构，在外套上设置进水口和出水口；或者在所述腔体的外部设置冷却盘管。

优点及效果

(1)由于本发明方法采用可以充满惰性气体的腔体，使得型材的退火或者加热退火可以在惰性气体保护下的无氧状态进行，因此可以避免型材的氧化和气泡现象的产生，从而解决金属材料连续成型后因氧化出现退火起泡的技术难题。

(2)能使现有设备所生产的产品其周期缩短2倍以上；效率将更高，因为本发明的方法和装置加工的产品，从连续化生产作业出来后就已完成了退火工序，原硬拉(拉丝)成型工序需要再进行真空退火处理的工艺流程已不复存在。

(3)、可做到产品生产时，在其原有工艺生产因氧化而剪切的产品废料头将为零。原工艺产材料损耗大小是因产品规格和生产工艺的不同而各不相同，特别是挤压工艺生产铜排。因氧化而剪切的产品废料头在一般通常情况下，约在其产品重量的3％以上，如果产品规格多而规格重量少的铜排产品生产，其废料头将会更多。如果一个月产量在100吨的生产厂家，可减少工艺材料损耗、降低成本而增加的利润每年可达100万元以上。

(4)、清洁、节能降耗。节能主要是节省原来因氧化而必须剪切的产品废料头材料和单独退火工序的用电量。可利用产品成型时产生的余热进行二次加热退火，产品挤压生产未冷却处理时的余热约在400度左右。

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

附图说明

图1是本发明用于挤压成型设备的装置结构示意图。

图2至图4是本发明用于挤压成型设备的不同装置结构示意图。

图5是本发明用于硬拉(拉丝)设备的装置结构示意图。

图6是本发明用于硬拉(拉丝)设备的另一种装置结构示意图。

图7是本发明装置的腔体不同结构示意图。

图8和图9分别是本发明中腔体的不同结构示意图。

具体实施方式

一、本发明用于用于挤压成型设备的装置。

实施例1

本发明装置的结构如图1所示，包括挤压成型设备1的成型出口端2和管状腔体5，腔体5的前端9连接在该成型出口端2，腔体5的后端8封闭但设有允许型材10通过的出料孔6，腔体5上设有带阀门3的进气管4，腔体后端8上的出料孔6处设有上下软性材料的夹板7。

加工型材时，先打开阀门3由外部气源向腔体5内连续通入惰性气体，将腔体内的空气排出，保持腔体5内的惰性气体微正压，从挤压成型设备1的成型出口端2出来的型材10直接进入和通过腔体5，在惰性气体的保护及无氧环境下进行退火冷却。

实施例2

见图2，在实施例1的腔体5内可以设置电磁感应加热装置的感应线圈11，感应线圈11用导线12与电源13连接，在型材10经过腔体5时可根据需要进行二次加热，再退火冷却。因可以利用型材10在成型时产生的余热(400度左右)，电磁感应加热装置二次加热的温度一般为400-850度。

实施例3

本装置的另一种结构如图3所示，还包括一冷却水槽14，冷却水槽14分为上下两层箱体15、16，箱体15内装有冷却水，箱体16装有循环水，水泵17可将箱体16内的循环水送入箱体15内，箱体15内的冷却水溢出流入箱体16内。所述腔体5设有一弯头21，位于弯头21之后的后端部分18置于冷却水水槽14的箱体15内，腔体5的后端19为敞口，腔体5内设有型材的导向轮20可以使型材10从腔体内惰性气体的环境中直接进入水中，得到更好的冷却。

实施例4

见图4，在实施例3所述的腔体内设有电磁感应加热装置，在型材10经过腔体5时可根据需要进行二次加热，再利用冷却水槽14进行退火冷却。

二、本发明用于硬拉(拉丝)设备的装置。

实施例5

见图5，本发明装置包括设在硬拉(拉丝)成型设备22后面的管状腔体5，该腔体5的前端23和后端8均封闭但分别设有允许型材10通过的进料孔24和出料孔6，进料孔24和出料孔6处均设有上下软性材料的夹板7，腔体5上设有带阀门3的进气管4，腔体5内设有电磁感应加热装置的感应极板11′，感应极板11′用导线12与电源13连接，在型材10经过腔体5时进行二次加热，再退火冷却。

加工型材时，先打开阀门3由外部气源向腔体5内连续通入惰性气体，将腔体内的空气排出，保持腔体5内的惰性气体微正压，从硬拉(拉丝)成型设备22出来的型材10再进入和通过腔体5，在惰性气体的保护及无氧环境下进行感应加热和退火冷却。

实施例6

见图6，本装置的另一种结构是，还包括一冷却水槽，所述腔体的后端部分置于一冷却水槽内，后端为敞口(结构参见实施例3)，型材10在腔体5内感应加热后，用冷却水槽进行退火冷却。

实施例7

本发明装置也可采用图7所示的结构，将直管腔体5斜置在冷却水槽14内，可采用一次性注入惰性气体方式工作，即将腔体5内充满惰性气体(将空气从冷却水槽内排出)后关闭阀门3，使型材10在惰性气体的保护及无氧环境下经冷却水槽14进行退火冷却，导向轮20设在冷却水槽14内。

实施例8

上述各腔体5还可以在其外部设置封闭的外套25而构成夹套结构，如图8所示，在外套25上设置进水口27和出水口28，或者在腔体的外部设置冷却盘管29，如图9所示。可以向夹套中间空腔26或者向盘管29中通入冷却水，以利于腔体5的筒壁散热。

Claims (9)

1.一种金属材料连续化成型在线防氧化方法，其特征是用挤压成型设备将待加工金属材料连续加工成型材，使型材从挤压成型设备成型出口端出来后直接进入一个内部充满惰性气体无氧的管状腔体中进行冷却退火。

2.根据权利要求1所述的金属材料连续化成型在线防氧化方法，其特征是所述腔体中的惰性气体是由外部气源连续供给，并保持正压。

3.一种金属材料连续化成型在线防氧化方法，其特征是用硬拉成型设备将待加工金属材料连续加工成型材，再使型材进入一个内部充满惰性气体并设有电磁感应加热装置的管状腔体中进行感应加热和冷却退火，所述腔体中的惰性气体是由外部气源连续供给，并保持正压。

4.一种金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是包括挤压成型设备的成型出口端和管状腔体，所述腔体的前端连接在该成型出口端，腔体的后端封闭但设有允许型材通过的出料孔，腔体上设有带阀门的进气管。

5.一种金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是包括挤压成型设备的成型出口端和管状腔体，所述腔体的前端连接在该成型出口端，还包括一冷却水槽，所述腔体的后端部分置于一冷却水槽内，腔体的后端为敞口，腔体上设有带阀门的进气管。

6.根据权利要求4或5所述的金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是所述腔体内设有电磁感应加热装置的加热线圈。

7.一种金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是包括设在硬拉成型设备后面的管状腔体，该腔体的前端和后端均封闭但分别设有允许型材通过的进料孔和出料孔，腔体上设有带阀门的进气管，腔体内设有电磁感应加热装置。

8.一种金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是包括设在硬拉成型设备后面的管状腔体，该腔体的前端封闭但设有允许型材通过的进料孔，还包括一冷却水槽，所述腔体的后端部分置于一冷却水槽内，后端为敞口，腔体上设有带阀门的进气管，腔体内设有电磁感应加热装置。

9.根据权利要求4或5或7或8所述的金属材料连续化成型在线防氧化装置，其特征是所述腔体还可以在其外部设置封闭外套而构成夹套结构，在外套上设置进水口和出水口；或者在所述腔体的外部设置冷却盘管。

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